2019-2020年高考物理一輪復習 每日一題 用單擺測定重力加速度.doc

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2019-2020年高考物理一輪復習 每日一題 用單擺測定重力加速度 高考頻度：★★☆☆☆ 難易程度：★★★☆☆ 單擺測定重力加速度的實驗中： （1）實驗時用20分度的游標卡尺測量擺球直徑，示數(shù)如圖甲所示，該擺球的直徑d= mm。 （2）懸點到小球底部的長度l0，示數(shù)如圖乙所示，l0= cm。 （3）實驗時用拉力傳感器測得擺線的拉力F隨時間t變化的圖象如圖丙所示，然后使單擺保持靜止，得到如圖丁所示的F–t圖象。那么： ①重力加速度的表達式g= （用題目中的物理量d、l0、t0表示）。 ②設(shè)擺球在最低點時Ep=0，已測得當?shù)刂亓铀俣葹間，單擺的周期用T表示，那么測得此單擺擺動時的機械能E的表達式是 。 A． B． C． D． 【參考答案】（1）11.70 （2）100.25 （3）① ②BD 【試題解析】（1）由甲圖可知，主尺上的讀數(shù)是11 mm，游標尺上第14個刻度與主尺對齊，所以游標尺上的讀數(shù)為140.05 mm=0.70 mm，所以該擺球的直徑d=11.70 mm。 （2）由乙圖可知，懸點到小球底部的長度l0=100.25 cm。x.kw （3）平衡位置處拉力最大，最大位移處拉力最小。從圖丙中看出單擺的周期為4t0。單擺擺長L=l0+d/2，單擺周期公式T=得，重力加速度g=。 （4）由丁圖可知，F(xiàn)3=mg，單擺在最低點時F1–mg=，根據(jù)周期公式變形得擺長l=，最低點的機械能E=，解得E=，所以B正確；單擺在最高點時F2=mgcos θ，最高點的機械能E=mgl(1–cos θ)，解得E=，所以D正確。 【知識補給】 用單擺測定重力加速度 1．實驗原理 當偏角很小時，單擺做簡諧運動，其運動周期為，它與偏角的大小及擺球的質(zhì)量無關(guān)，由此得到。因此，只要測出擺長l和振動周期T，就可以求出當?shù)刂亓铀俣萭的值。 2．實驗器材 帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球，不易伸長的細線（約1米）、秒表、毫米刻度尺和游標卡尺。 3．實驗步驟 （1）讓細線的一端穿過金屬小球的小孔，然后打一個比小孔大一些的線結(jié)，做成單擺。 （2）把細線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處作上標記，如實驗原理圖。 （3）用毫米刻度尺量出擺線長度l′，用游標卡尺測出擺球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計算出擺長l=l′+r。 （4）把單擺從平衡位置處拉開一個很小的角度（不超過5），然后放開金屬小球，讓金屬小球擺動，待擺動平穩(wěn)后測出單擺完成30~50次全振動所用的時間t，計算出金屬小球完成一次全振動所用時間，這個時間就是單擺的振動周期，即（N為全振動的次數(shù)），反復測3次，再算出周期。 （5）根據(jù)單擺振動周期公式計算當?shù)刂亓铀俣取? （6）改變擺長，重做幾次實驗，計算出每次實驗的重力加速度值，求出它們的平均值，該平均值即為當?shù)氐闹亓铀俣戎怠? （7）將測得的重力加速度值與當?shù)刂亓铀俣戎迪啾容^，分析產(chǎn)生誤差的可能原因。 4．注意事項 （1）構(gòu)成單擺的條件：細線的質(zhì)量要小、彈性要小，選用體積小、密度大的小球，擺角不超過5。 （2）要使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動，不能形成圓錐擺，方法是將擺球拉到一定位置后由靜止釋放。 （3）測周期的方法：①要從擺球過平衡位置時開始計時；因為此處速度大、計時誤差小，而最高點速度小、計時誤差大。 ②要測多次全振動的時間來計算周期；如在擺球過平衡位置時開始計時，且在數(shù)“零”的同時按下秒表，以后每當擺球從同一方向通過最低位置時計數(shù)1次。 （4）本實驗可以采用圖象法來處理數(shù)據(jù)。即用縱軸表示擺長l，用橫軸表示T2，將實驗所得數(shù)據(jù)在坐標平面上標出，應(yīng)該得到一條傾斜直線，直線的斜率。這是在眾多的實驗中經(jīng)常采用的科學處理數(shù)據(jù)的重要辦法。 5．數(shù)據(jù)處理 處理數(shù)據(jù)有兩種方法：（1）公式法：測出30次或50次全振動的時間t，利用求出周期；不改變擺長，反復測量三次，算出三次測得的周期的平均值，然后代入公式求重力加速度。 （2）圖象法：由單擺周期公式不難推出：，因此，分別測出一系列擺長l對應(yīng)的周期T，作l–T2的圖象，圖象應(yīng)是一條通過原點的直線，求出圖線的斜率，即可求得重力加速度值。 6．誤差分析 （1）系統(tǒng)誤差的主要來源：懸點不固定，球、線不符合要求，振動是圓錐擺而不是在同一豎直平面內(nèi)的振動等。 （2）偶然誤差主要來自時間的測量上，因此，要從擺球通過平衡位置時開始計時，不能多計或漏計振動次數(shù)。 某實驗小組擬用甲圖所示的裝置研究滑塊的運動。實驗器材有：滑塊、鉤碼、紙帶、毫米刻度尺、帶滑輪的木板、漏斗和細線組成的單擺（細線質(zhì)量不計且不可伸長，裝滿有色液體后，漏斗和液體質(zhì)量相差不大）等。實驗前，在控制液體不漏的情況下，從漏斗某次經(jīng)過最低點時開始計時，測得之后漏斗第100次經(jīng)過最低點共用時100秒；實驗中，讓滑塊在鉤碼作用下拖動紙帶做勻加速直線運動，同時單擺垂直于紙帶運動方向做微小振幅擺動，漏斗漏出的液體在紙帶上留下的痕跡記錄了漏斗在不同時刻的位置。 （1）該單擺的周期是 s； （2）圖乙是實驗得到的有液體痕跡并進行了數(shù)據(jù)測量的紙帶，根據(jù)紙帶可求出滑塊的加速度為___________m/s2；（結(jié)果取兩位有效數(shù)字） （3）用該實驗裝置測量滑塊加速度，對實驗結(jié)果影響最大的因素是 。 某同學在做“利用單擺測重力加速度”的實驗時，先測得擺線長為101.00 cm，擺球直徑為2.00 cm，然后用秒表記錄了單擺振動50次所用的時間為101.5 s，則 （1）他測得的重力加速度g=________m/s2。（π2=9.86） （2）他測得的g值偏小，可能的原因是________。 A．測擺線長時擺線拉得過緊 B．擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了 C．開始計時時，秒表過遲按下 D．實驗中誤將49次全振動數(shù)為50次 （3）為了提高實驗精度，在實驗中可改變幾次擺線長l并測出相應(yīng)的周期T，從而得出一組對應(yīng)的l與T的數(shù)據(jù)，再以l為橫坐標。T2為縱坐標將所得數(shù)據(jù)連成直線，并求得該直線的斜率k。則重力加速度g=________。（用k表示） 一位同學做“用單擺測定重力加速度”的實驗。 （1）下列是供學生自主選擇的器材。你認為應(yīng)選用的器材是 。（填寫器材的字母代號） A．約1 m長的細線 B．約0.3 m長的銅絲 C．約0.8 m長的橡皮筋 D．直徑約1 cm的實心木球 E．直徑約1 cm的實心鋼球 F．直徑約1 cm的空心鋁球 （2）該同學在安裝好如圖所示的實驗裝置后，測得單擺的擺長為L，然后讓小球在豎直平面內(nèi)小角度擺動。當小球某次經(jīng)過最低點時開始計時，在完成N次全振動時停止計時，測得時間為t。請寫出測量當?shù)刂亓铀俣鹊谋磉_式g=_________。（用以上測量的物理量和已知量的字母表示） （3）為減小實驗誤差，該同學又多次改變擺長L，測量多組對應(yīng)的單擺周期T，準備利用T2–L的關(guān)系圖線求出當?shù)刂亓铀俣戎?。相關(guān)測量數(shù)據(jù)如下表： 次數(shù) 1 2 3 4 5 L/m 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 T/s 1.79 1.90 2.01 2.11 2.20 T2/s2 3.22 3.61 4.04 4.45 4.84 該同學在圖中已標出第1、2、3、5次實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標，請你在該圖中用符號“+”標出與第4次實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標點，并畫出T2–L關(guān)系圖線。 （4）根據(jù)繪制出的T2–L關(guān)系圖線，可求得g的測量值為 m/s2。（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字） 某同學利用單擺測量重力加速度 （1）為了使測量誤差盡量小，下列說法正確的是__________ A．組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球 B．組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線 C．實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動 D．擺長一定的情況下，擺的振幅盡量大 （2）如圖所示，在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約為1 m的單擺，實驗時，由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm的鋼板刻度尺，于是他先使擺球自然下垂，在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標記點，測出單擺的周期；然后保持懸點位置不變，設(shè)法將擺長縮短一些，再次使擺球自然下垂，用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點，并測出單擺周期；最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離，用上述測量結(jié)果，寫出重力加速度的表達式g=____________。 用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖甲所示。 （1）組裝單擺時，應(yīng)在下列器材中選用 （選填選項前的字母）。 甲 A．長度為1 m左右的細線 B．長度為30 cm左右的細線 C．直徑為1.8 cm的塑料球 D．直徑為1.8 cm的鐵球 （2）測出懸點O到小球球心的距離（擺長）L及單擺完成n次全振動所用的時間t，則重力加速度g=_______（用L、n、t表示）。 （3）下表是某同學記錄的乙組實驗數(shù)據(jù)，并做了部分計算處理。 請計算出第3組實驗中的T= s，g= 。 （4）用多組實驗數(shù)據(jù)做出圖象，也可以求出重力加速度g，已知三位同學做出的圖線的示意圖如圖乙中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都過原點，圖線b對應(yīng)的g值最接近當?shù)刂亓铀俣鹊闹怠t相對于圖線b，下列分析正確的是 （選填選項前的字母）。 A．出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球下端的距離記為擺長L B．出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次 C．圖線c對應(yīng)的g值小于圖線b對應(yīng)的g值 （5）某同學在家里測重力加速度。他找到細線和鐵鎖，制成一個單擺，如圖丙所示，由于家里只有一根量程為30 cm的刻度尺，于是他在細線上的A點做了一個標記，使得懸點O到A點間的細線長度小于刻度尺量程。保持該標記以下的細線長度不變，通過改變O、A間細線長度以改變擺長。實驗中，當O、A間細線的長度分別為和時，測得相應(yīng)單擺的周期為、。由此可得重力加速度g= （用、、、表示）。 丙 【參考答案】 （1）2 （2）0.10 （3）漏斗重心變化導致單擺有效擺長變化。從而改變單擺周期，影響加速度的測量值 （1）一個周期內(nèi)漏斗2次經(jīng)過最低點，所以周期T=2 s； （2）由圖可知時間間隔為半個周期t=1 s，由逐差法可知 ； （3）漏斗重心變化導致單擺有效擺長變化。從而改變單擺周期，影響加速度的測量值。 （2）測擺線長時擺線拉得過緊，擺長偏大，根據(jù)可知，測得的g應(yīng)偏大，故A錯誤；擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了，測得的單擺周期變大，根據(jù)可知，測得的g應(yīng)偏小，故B正確；開始計時時，秒表過遲按下，測得的單擺周期變小，根據(jù)可知測得的g應(yīng)偏大，故C錯誤；實驗中誤將49次全振動計為50次，根據(jù)求出的周期變小，g偏大，故D錯誤。故選B。 （3）根據(jù)重力加速度的表達式可知，T2–l圖線斜率，則。 （1）AE （2） （3）見圖 （4）9.7（在9.5~9.9之間均可得分） （1）在用單擺測定重力加速度為了提高精度，擺線要長些，擺球選擇質(zhì)量大體積小的，故選AE； （2）單擺振動周期為，根據(jù)公式可得； （3）如圖所示 （4）從圖中找出數(shù)據(jù)帶入可得。 （2）同理得兩式相減可得。 （1）AD （2） （3）2.01 9.76（9.76～9.77） （4）B （5） （1）在用單擺測定力加速度的實驗基本條件是擺線長度遠大于小球直徑，小球的密度越大越好；故擺線應(yīng)選取長約1 m左右的不可伸縮的細線，擺球應(yīng)選取體積小而質(zhì)量大的鐵球，以減小實驗誤差，故選AD。 （2）次全振動的時間為，則振動周期為，根據(jù)單擺周期公式，可推出； 越大，選項C錯誤。在圖象中圖線與縱軸正半軸相交表示計算擺長偏小，如漏加小球半徑，與縱軸負半軸相交表示擺長偏大，選項A錯誤。若誤將49次全振動記為50次，則周期測量值偏小，值測量值偏大，對應(yīng)的圖象斜率偏小，選項B正確。故選B。 （5）設(shè)A到鐵鎖重心的距離為，則第一次的實際擺長為，第二次的實際擺長為，由周期公式，，聯(lián)立消去，解得。